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miércoles, 7 de julio de 2021

Cálculo del cortocircuito mínimo en el régimen de neutro TT




1.- Introducción

1.1.- Cálculo e importancia de la corriente de cortocircuito mínima

Cualquiera que sea el tipo y la ubicación del cortocircuito, la protección directamente aguas arriba del punto de cortocircuito deberá activarse con la corriente mínima de cortocircuito.

Por lo tanto, conocer la corriente mínima de cortocircuito es importante para establecer los umbrales de corriente de los dispositivos de protección. Además, el aparato de corte debe abrirse en un tiempo compatible con la protección de personas y equipos.

La corriente mínima de cortocircuito debe calcularse aguas abajo de todos los aparatos de corte.

El procedimiento comporta las etapas siguientes:

Etapa 1: Determinar el punto más alejado aguas abajo del aparato de corte: receptor o aparato de corte directamente aguas abajo.

Etapa 2: Determinar la configuración aguas arriba de la red que conduce a un cortocircuito mínimo:

Determinar la fuente de tensión configurable de corriente de cortocircuito más baja de la red; en general, el generador de seguridad, si existe.

Configuración que proporcione el enlace más largo hasta la fuente.

Etapa 3: Determinar el tipo de cortocircuito que produce el valor de corriente más bajo.

Si el neutro no está distribuido, la corriente de cortocircuito mínima es la de cortocircuito bifásico aislado de tierra.

Si el neutro está distribuido, la corriente de cortocircuito mínima es la de cortocircuito monofásico fase-neutro.

Etapa 4: Determinar la longitud del bucle de defecto más largo.

Etapa 5: Calcular el cortocircuito, por ejemplo, utilizando el método de impedancias o el método convencional.

Nota general sobre el cálculo: para calcular la corriente mínima de cortocircuito, se considera que la resistividad de los conductores es igual a 1,5 veces la resistividad a 20 ºC, es decir, 0,027 Ωmm2/m para cobre y 0,043 Ωmm2/m para aluminio (para tener en cuenta la influencia de la temperatura del núcleo conductor durante el cortocircuito).

2.- Cálculo del cortocircuito mínimo en el régimen de neutro TT

El procedimiento comprende las siguientes etapas:  

Etapa 1: Ver apartado anterior 1.1.

Etapa 2: Ver apartado anterior 1.1.

Etapa 3: Los cortocircuitos monofásicos son detectados por los dispositivos de corriente residual ya que el neutro y la parte conductora expuesta están conectados a tierra. Estos dispositivos de corriente residual son obligatorios en un sistema TT. El tipo de cortocircuito (no visible para el dispositivo diferencial de corriente residual), que supone el valor más bajo es el defecto simple entre 2 fases; se trata de un defecto bifásico aislado de tierra.

Etapa 4: El bucle de defecto más largo es el cortocircuito bifásico aislado de tierra en el punto donde se encuentran los receptores más alejados (ver Figura 1).

Figura 1: Bucle de defecto para un cortocircuito bifásico aislado de tierra en régimen de neutro TT


L es la longitud del circuito más largo a partir del disyuntor

Se puede observar que el defecto recorre las dos fases a lo largo de la longitud L.

La distancia d del disyuntor hasta el punto de conexión del circuito es despreciable.

Etapa 5: Se efectúa el cálculo de la corriente de cortocircuito.

2.1.- Método de las impedancias

Veamos, en primer lugar, cual es el valor del cortocircuito bifásico aislado de tierra, corresponde a la figura 2:

Figura 2: Cortocircuito bifásico aislado de tierra

Este es un defecto asimétrico. Se debe utilizar el método de las componentes simétricas como para los defectos de fase a tierra.

Para una falta entre las fases 2 y 3:


Donde:

Iscb es la corriente de cortocircuito bifásica aislada de tierra

Vn es la tensión simple

Z(1) es la impedancia directa (del bucle de defecto)

Z(2) es la impedancia inversa

Z(1), Z(2) son las impedancias equivalentes a la suma de todas las impedancias de secuencia directas e inversas a través de las cuales circula la corriente de falta.

Si la red no está alimentada por un generador: Z(1) = Z(2)

Si la red es alimentada por un generador, se tiene: Z(2) < Z(1)

Tomando Z(2) = Z(1), Iscb se minimiza. Con el objetivo de calcular la corriente mínima de cortocircuito, esta aproximación se puede utilizar incluso cuando la red es alimentada por un generador.

Se tiene entonces:


Z(1) es la impedancia de secuencia directa de la fuente de alimentación hasta el punto de defecto (bucle de defecto).

Se supone que se conoce la impedancia Zr de la red aguas arriba del aparato de corte Zr = Rr + jXr

Siendo:

L: longitud del circuito indicado en la Figura 1

SPh: sección transversal de los conductores de fase del circuito

λ: reactancia por unidad de longitud de los conductores

ρ: resistividad de los conductores igual a 1,5 veces la de 20 °C (lo que minimiza la corriente de cortocircuito).

La impedancia directa Z(1) (del bucle de defecto) es, por tanto igual:


La corriente de cortocircuito mínima es:


Vn es la tensión simple de la red en vacío

2.2.- Método convencional

Este método no se puede aplicar en instalaciones alimentadas por generador.

La corriente mínima de cortocircuito se da por la fórmula:


Vn: tensión simple en voltios, en servicio normal en el lugar donde está instalado el dispositivo de corte

L: longitud del circuito indicado en la Figura 1

ρ: resistividad de los conductores igual a 1,5 veces la de 20 °C (lo que minimiza la corriente de cortocircuito)

SPh: sección transversal de los conductores de fase

Este método utiliza las siguientes simplificaciones:

- Se supone que en caso de cortocircuito, la tensión en el punto donde se ubica el dispositivo de protección es igual al 80% de la tensión nominal. En otras palabras, se supone que la parte del bucle de defecto aguas arriba del dispositivo de corte representa el 20% de la impedancia total del bucle de defecto.

- La influencia de la reactancia de los conductores es despreciable para secciones transversales inferiores a 150 mm2.

. La influencia de las reactancias de los conductores se tiene en cuenta para grandes secciones transversales aumentando la resistencia en un 15% para secciones de 150 mm2, en un 20% para secciones de 185 mm2, en un 25% para secciones de 240 mm2 y en un 30% para secciones de 300 mm2.

- Se supone que el cortocircuito es franco, es decir, no se tienen en cuenta las resistencias de arco, las resistencias de contacto y análogas.

3.- Ejemplo

Consideremos el esquema de la Figura 3, correspondiente a la configuración que da la menor corriente de cortocircuito en el punto donde se ubican los receptores. Calcularemos la corriente mínima de cortocircuito en el punto donde se encuentran los receptores.


Figura 3

3.1.- Método de las impedancias

Red aguas arriba

Supongamos que:


Transformador 630 kVA, tensión de cortocircuito Usc = 4%

Cable 3 x 95 mm2 + 1 x 50 mm2 Aluminio

Suponemos que el cable es tripolar: Xl = 0,08 mΩ/m


De este modo se puede determinar la impedancia de la red aguas arriba del disyuntor D

Para el cable aguas abajo del interruptor automático D, en 3 × 35 mm² + 1 × 16 mm² cobre:

Se supone un cable tripolar: Xl = 0,08 mΩ/m

Se tiene para la impedancia del bucle de defecto:

Y para la corriente de cortocircuito mínima:


3.2.- Método convencional


Podemos ver en este ejemplo que el método convencional minimiza el resultado del cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en un 4%.

 

 

POST RELACIONADO:

Cálculo de la corriente de cortocircuito mínima en una red de BT con régimen de neutro TN

https://imseingenieria.blogspot.com/2016/09/calculo-de-la-corriente-de.html

Cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en el régimen de neutro IT

https://imseingenieria.blogspot.com/2021/07/calculo-de-la-corriente-minima-de.html













6 comentarios:

  1. Le hago una consulta, Para un proyecto me piden calcular la corriente de corto circuito maxima y minima en todos los tableros seccionales de distrubucion de energia. Y para los tableros mas cercanos a la fuente los valores de la corriente de corto circuito minima supera a la de la corriente de corto circuito maxima. Entiendo que esto es por que las impedancia de los cables troncales son menores y tambien sus distancias. ¿ Que dice la reglamentación al respecto?.

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    1. Conocer la corriente mínima de cortocircuito es de suma importancia, ya que con ella se establecen los umbrales de corriente de los dispositivos de protección. La corriente de cortocircuito mínima depende del régimen de neutro considerado, por ejemplo:
      El cortocircuito mínimo en un régimen de neutro TT, será:
      ■ Si el neutro no está distribuido, la corriente de cortocircuito mínima es la de cortocircuito bifásico aislado de tierra.
      ■ Si el neutro está distribuido, la corriente de cortocircuito mínima es la de cortocircuito monofásico fase-neutro.
      En un régimen TN:
      El tipo de cortocircuito considerado de más bajo valor es el cortocircuito monofásico fase-neutro.
      En un régimen IT:
      El tipo de cortocircuito que da el valor más bajo es el doble defecto, el primero está ubicado en la fase de un circuito, el segundo está ubicado en otra fase de otro circuito. Este es un cortocircuito bifásico aislado de tierra.


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  2. Estoy realizando un proyecto, y por falta de datos (del trafo y de la línea general de alimentación), he acudido a tu publicación en busca de ayuda ya que suelo consultarla y ojearla a menudo, por trabajo e interés personal/académico (descubrí tu blog hace algo más de un año en la universidad).
    Me resulta contraintuitivo dimensionar una protección respecto al valor de corriente de cortocircuito mínima, cuando se ha de asegurar la apertura del circuito cuando la corriente es máxima en el punto de estudio. El poder de corte de un dispositivo me asegura que es capaz de abrir el circuito cuando las corrientes son inferiores a este valor, es decir, es un valor límite, superado este umbral el fabricante no me asegura un funcionamiento correcto, ¿calculando la corriente de cortocircuito mínima no se están despreciando valores de corriente que podrían se superiores a este umbral de poder de corte?

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    1. Lo que Vd. comenta podría tener sentido si atendemos al circuito reflejado en la figura 1, y si como indica el texto se trata de un circuito muy extenso protegido por un solo interruptor tal como se aprecia en la figura 1, pero esto en la práctica no suele ser así, siendo más real el esquema expuesto en la figura 3 donde se observa que cada ramal del circuito está protegido individualmente por su propio interruptor, en cuyo caso las corrientes de cortocircuito en cada rama serán distintas dependiendo de las impedancias interpuestas según la distancia a la fuente y por tanto sus protecciones también serán distintas en cada ramal del circuito.

      Saludos cordiales

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  3. Buenos dias. En un sistema industrial TT, donde el neutro esta conectado a tierra por un lado y las masas metalicas de los sistemas de produccion estan en una red equipotencial conectadas: como podemos dimensionar la seccion de los conductores de tierra de dicha red equipotencial. Muchas gracias

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    1. Le remito al siguiente artículo para responder a su consulta: http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/03/seccion-de-los-conductores-de.html

      Saludos cordiales

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